基于多芯光纤级联布喇格光纤光栅的横向压力与温度同时测量

提出并制作了一种基于多芯光纤与单模光纤错位构成的马赫-曾德尔干涉仪,将其与光纤布喇格光栅级联,形成的全光纤传感系统可实现横向压力和温度双参量同时测量.马赫-曾德尔干涉仪是利用多芯光纤和单模光纤的模场不匹配而发生模间干涉,当外界横向压力直接作用在多芯光纤内部光场,干涉仪具有较高的灵敏度.实验结果表明:马赫-曾德尔干涉仪压力灵敏度为28.57nm/(N·mm~(-1)),线性度为0.997,而光纤布喇格光栅在一定范围内对压力变化不敏感;马赫-曾德干涉仪和光纤布喇格光栅对温度变化都具有较高的线性度,温度灵敏度分别为56.1pm/℃和11.3pm/℃.对于分辨率为0.02nm的光谱仪,传感器可实现的压力和温度测量分辨率分别为7.0×10~(-4)N/mm和0.03℃.马赫-曾德尔干涉仪的透射谱和光纤布拉光栅的谐振峰对横向压力和温度的变化有不同的光谱响应,利用光谱仪对传感器的透射谱实时监测,方便地实现了压力与温度双参量的测量.该传感器结构简单,灵敏度高,可用于不同领域的压力传感.     

线双折射传感光栅中的传输光偏振态分析

 深入研究了线双折射光栅中透射光偏振特性的演变过程。采用耦合模理论和琼斯矩阵分析了传输距离、双折射大小、入射起偏态等因素对透射光偏振特性的影响,并利用邦加球中描绘了偏振态的演变趋势。结果表明：光栅中的线双折射和传输距离会改变传输光的偏振态,偏振态的波长相关曲线会随传输距离和线双折射的增大而不断扩展,入射起偏态的不同并不改变偏振态的拓展趋势。同时,第一斯托克斯参量与偏振相关损耗在峰值波长点上存在对应关系,两者幅值均与线双折射呈单调递增关系,可应用于传感测量。     

圆双折射光栅的传输和偏振特性研究及磁场传感应用

从原理上阐述了圆双折射光纤光栅中的传输特性和偏振特性.通过坐标变换,得到圆双折射光栅的琼斯矩阵,并基于此详细分析了磁场大小、传输距离和入射光偏振态对透射光传输特性和偏振特性的影响.结果表明,一定大小的磁致圆双折射将使透射谱产生分裂,透射光偏振态随磁场和波长变化.同时偏振相关损耗和第三斯托克斯参量与外加磁场大小在一定范围...     

粒子群优化算法在光纤光栅传感器波长解调中的应用

为了提高光纤光栅(FBG)解调系统的波长解调精度,采用粒子群优化(PSO)算法结合参考光纤光栅(FBG),对常用波长解调器Fabry-Perot型光纤滤波器(FPF)的透射光谱中心波长与控制电压之间存在的非线性和回滞特性进行了研究,并提出一种实时建立FPF透射光中心波长与其控制电压之间关系模型的方法。该方法利用粒子群优化算法收敛快、易实现的特点,保证了FPF模型建立的准确性和实时性。实验结果证明,利用所建模型可有效提高FBG传感系统的波长测量准确度,测量误差不超过25 pm。系统结构简单,对提高FBG传感系统的测量准确度具有重要意义。     

光纤光栅啁啾化传感研究

提出了光纤光栅啁啾化传感概念和传感机理,将光纤光栅微观分解为栅区长度范围的许多具有独立感知能力且彼此关联的有效作用子栅集,表述了有效作用子栅集与待测环境场空间梯度分布之间的对应关系,从而较好地解释了光纤光栅啁啾谱产生的内在机理.理论推导并实验验证了光栅啁啾谱各谱参量(波长、带宽和反射光强)与待测环境场(温度和应变)之间的对应关系,为利用单一光纤光栅实现多参量同时区分测量、任意非均匀空间分布场传感提供了科学有效的解决方法.     

双三角形结构的光纤光栅压力和温度双参量传感器

为解决压力和温度同时测量时的交叉敏感问题,提出一种基于双三角形悬臂梁结构的光纤光栅压力、温度双参量测量传感器. 在外界压力作用下,光纤布喇格光栅反射谱分裂成双峰结构,悬臂梁的应变调制传感光纤光栅双峰间距,温度变化转变成反射谱整体的移动. 实验结果表明该结构可实现单光栅双参量测量,且具有良好的线性和可重复性.     

基于斯托克斯参量的光弹性应力分布及成像方法研究

提出了一种基于斯托克斯参量测量的实时光弹性应力测量及其成像的新方法,对该方法的原理及参量测量方法进行了深入研究。根据分振幅斯托克斯参量测量原理设计一个实验系统,利用Equator-Poles(E-P)法定标系统,采用4个性能一致的光电探测器实现光束斯托克斯参量的快速实时测量。用实验系统测量单色平面偏振光通过光弹性样品后的斯托克斯参量,求得出射与入射偏振光的相位延迟量,再求得样品的应力值。运用该方法对有应力分布的平板玻璃和轴向受压有机玻璃进行测量并扫描成像,得到它们的应力分布图像。结果表明,该方法能够准确、快速和无损地测量光弹性样品任意位置的应力,实现对应力的实时测量。     

光纤光栅法布里-珀罗腔中受激布里渊散射的理论研究

对光纤光栅法布里-珀罗腔中稳态受激布里渊散射模型进行了理论分析,在其耦合强度方程组基础上,推导出仅产生一阶斯托克斯波时,耦合强度方程组的解析表达式,由此计算出光纤光栅法布里-珀罗腔中抽运波与斯托克斯波透射功率和反射功率。对于光纤光栅法布里-珀罗腔中二阶斯托克斯波的产生,推导出光纤光栅法布里-珀罗腔入射端抽运波的解析表达式和忽略光纤损耗时能量守恒方程,利用Shooting和L-M算法数值求解出耦合强度方程组。分析讨论了抽运波,一阶斯托克斯波和二阶斯托克斯波的反射与透射功率随着入射波功率变化的情况。最后,仿真出光纤光栅法布里-珀罗腔中,抽运波与斯托克斯波沿腔长分布的情况。     

基于闪耀光纤光栅的折射率传感技术实验研究

提出了一种基于闪耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方法,即采用SLED作为光源,通过检测闪耀光纤光栅透射谱强度实现折射率的测量.实验证明,当环境折射率在1.372 3~1.453 2之间变化时,闪耀光纤光栅透射功率从0.611~0.472 mW线性下降,其灵敏度达到1.718 μW/（0.001折射率变化）.该检测方法具有结构简单、无需波长检测、灵敏度高、易于工程化等优点.     

带宽调制型单光纤光栅温变无补偿位移传感

报道了利用反射谱带宽调制和光强差分探测技术实现单一光纤光栅温变无补偿位移精确测量的新方法。设计了一种结构新颖的曲臂梁位移传感装置,结合光波导理论与材料力学原理分析了光纤光栅在高斯应变作用下光栅反射谱侧向梯度展宽的成因,理论推导了特殊结构梁在外力作用下光栅反射谱带宽/反射光强与压力之间的响应关系。光栅反射谱侧向梯度展宽的同时反射光强线性增加,利用光强差分检测方法消除光源出光抖动的影响,提高了位移测量精度。基于带宽调制的光纤光栅位移传感方法免受温度变化的影响,在-10℃~80℃的温度变化范围内,测量误差小于1.2%,实现了单光纤光栅温变无补偿位移测量。     

基于长周期光纤光栅的FBG解调方法北大核心CSCD

研究了基于长周期光纤光栅(long-period fiber gratings,LPFG)的光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)解调方法,该方法利用LPFG的透射谱作为边沿滤波器解调FBG,其解调性能主要取决于LPFG的透射光谱深度。详细分析了CO_(2)激光写制法对透射光谱的影响,制作了透射光谱深度为25 dB的LPFG,并采用该光栅搭建了FBG解调装置,将FBG粘贴于金属应变片表面,测试了其静态与动态响应特征。实验结果表明:该方法制作简单,成本低,具有较好的线性动态范围,可以实现较高灵敏度的FBG解调。     

On the possible use of optical fiber Bragg gratings as strain sensors for geodynamical monitoring

Optical fiber sensors can be used to measure many different parameters including strain, temperature, pressure, displacement, electrical field, refractive index, rotation, position and vibrations. Among a variety of fiber sensors, fiber Bragg gratings (FBG) have numerous advantages over other optical fiber sensors. One of the major advantages of this type of sensors is attributed to wavelength-encoded information given by the Bragg grating. Since the wavelength is an absolute parameter, signal from FBG may be processed such that its information remains immune to power fluctuations along the optical path. This inherent characteristic makes the FBG sensors very attractive for application in harsh environments, “smart structures” and on-site measurements.This paper reviews the achievements about the FBG as a strain and temperature sensor and describes the potential applications of FBG sensors for applications in the field of geophysics and its expected development in the near future. The applications could include: rock deformation, fiber-optic geophone, optical based seismograph, vertical seismic profiling and structural monitoring of civil structures. Different techniques to detect strains and various applications will be reviewed and discussed. The problem of temperature–strain cross sensitivity, that is particularly difficult to eliminate, is addressed and approaches to overcome it are discussed.     

光纤光栅传输矩阵研究

利用模耦合理论给出并分析了一般坐标系下相移布喇格光纤光栅中的传输矩阵及其特性,所给出的传输矩阵具有分段不变性,而且不能被分解为一个矩阵和一个相移矩阵的乘积.利用该传输矩阵可以研究均匀、相移、啁啾、超结构等光纤光栅及光栅的级联等.计算了相移光栅的反射谱和相移量的关系,以及两个光栅级联时的反射谱.结果表明,同样相移量时的反射谱和已有文献不同,两个光栅级联时,也不同于已有文献,各自的谐振波长与光栅的级联没有关系.     

On Two Parallel Matched Gratings Demodulation Method of Fiber Grating Strain Sensor

The method of demodulation with two parallel matched fiber Bragg gratings( FBGs)system is introduced to enlarge the range of strain that can be detected by the FBG sensor system.     

The Fractional Fourier Transform in the Analysis and Synthesis of Fiber Bragg Gratings

An approach based on the fractional Fourier transform is proposed for both analysis and synthesis of fiber Bragg gratings. The method is shown to be simple and accurate. A comparison is made with the results of the numerical integration of the full Riccati equation, which are valid for arbitrary reflectivities. The method being very efficient, processing times can be short enough for a real-time control of the writing process, during grating manufacturing. The effects of profile random irregularities on FBG performance are studied, and several examples, useful for design purposes, are given.     

臂内含光纤光栅的方向耦合器的理论研究

提出了臂内含有光纤光栅的方向耦合器的一般原理，推导了任意端口输入任意一端口的输出表达式，作为特例，研究了两类法布里－珀罗干谐振腔，发现它们之间存在一种交换等价关系，第一次阐述光纤光栅法布里－珀罗腔中调幅和调频的概念。     

切趾技术对光纤布拉格光栅法布里-珀罗滤波器反射特性优化的研究

利用矩阵分析法,针对两个相同光栅构成的光纤布拉格光栅法布里-珀罗(F-P)腔滤波器进行理论分析。数值模拟分析了光栅长度变化对光栅以及F-P腔滤波器反射特性的影响,指出光栅长度增加对反射特性影响的优缺点,分析利用常用切趾函数对光栅进行切趾,减小由于光栅长度增加导致反射谱的的旁瓣增大,对组成的F-P腔滤波器的反射特性的优化,得到了光栅切趾对F-P腔滤波器的反射特性的影响规律。对于在实际应用中制作出性能优良的光纤布拉格光栅F-P腔滤波器有一定的参考价值。     

基于保偏光纤取样光栅的宽频带滤波方法

提出一种新型刻录在保偏光纤上的取样布喇格光纤光栅.利用耦合模方程分析了此种光纤光栅的光谱特性,并利用切趾函数对光栅的输出谱进行了优化处理,最终可以实现高品质的宽频带多波长滤波.频带宽度为普通取样布喇格光纤光栅的2倍,经过切趾处理后,此种光纤光栅的边模抑制比也有显著提高.